光纤传感器在生物医学中的应用进展VIP免费

第17卷第4期2006年12月中国计量学院学报JournalofChinaJiliangUniversityVol.17No.4Dec.2006【文章编号】1004-1540(2006)04-0257-04【收稿日期】2006-09-03【作者简介】P.Rolfe,男,英国牛津生物医药公司,教授.主要研究方向为生物医学仪器.光纤传感器在生物医学中的应用进展P.Rolfe1,2,3(1.英国牛津生物医药公司;2.哈尔滨工业大学,中国哈尔滨150001;3.早稻田大学,日本东京1-24-1)【摘要】光纤在医学和生物学中得到了广泛的应用,从光管道和压力传感器到复杂的化学传感器都与光纤有关.相干光纤束可用于内窥镜成像,而单光纤可用于近红外分层成像和光学相干分层成像.采用光纤还能方便地将光辐射传输到组织内,以激活靶标化学治疗药物.利用平面光纤光导将光波传输到测定部位的化学传感技术可以进行光度和荧光分析.光纤化学传感器还具有表面分子识别位点或化学反应部位,可用于特定分子的检测.这些化学传感器基于表面等离子体共振、干涉、光谱测量或荧光测量等原理.酶的生物识别或抗原抗体结合使光纤传感器可以获得高的特异性.近年来,测定的靶标分子的范围已从简单的气体分子和离子发展到了DNA等大分子.【关键词】光纤传感;生物医学;检测【中图分类号】TB98【文献标识码】AAdvancesinfibreopticsensinginmedicineandbiologyP.Rolfe1,2,3(1.OxfordBioHorizongsLtd.,UK;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin350001,China;3.WasedaUniversity,Tokyo1-24-1,Japan)Abstract:Medicalandbiologicalapplicationsofopticalfibresspanawiderangefromlightpipesandpressureordisplacementsensorsthroughtocomplexchemicalsensors.Coherentfibrebundlesareneededforendoscopicimagingwhilstsinglefibresmaybeusedinbothnearinfra-redtomographyandopticalcoherencetomography.Deliveryoflighttotissues,forexampletoactivatetargetedchemo-therapeuticagents,isalsoachievedconvenientlywithfibres.Chemicalsensingcansimplybeachievedbytransportinglighttoandfromameasurementsitewithaplainfibrelightguideforspectrophotometricorfluorimetryanalysis.Afurtherfamilyoffibreopticchemicalsensorshaseithersurfaceatachedmolecularrecognitionsitesorareactionchamberforachievingspecificmoleculardetection.Thesechemicalsensorsmaybebasedontheprinciplesofsurfaceplasmonresonance,interferometry,spectriphotometryorfluorimetry.Biologicalrecognitionwithenzymesorantigen-antibodybindingareusedtoachievehighspecificity.TherangeofpotentialtargetmoleculeshasincreasedrapidlyoverrecentyearsfromsimplegasesandionsthroughtolargemoleculessuchasDNA.Keywords:fibreopticsensing;medicineandbiology;detection光纤主要应用于通讯领域,以提供低电子噪声、高带宽、低损耗的通道.而由聚合物、玻璃或其他特殊材料制成的光纤已经在生物医学传感中应用了半个世纪[1,2].早期光纤主要用于远距离观测,但最近其应用范围不断拓宽,从简单的光管道到复杂的物理和化学传感器,从用于呼吸道、食道、尿道和无损手术操作的内窥镜成像,到临床和医学研究中进行血压或分子的物理和化学参数测量传感器.近年来,测定的靶标分子已从简单的气体和离子发展到作为细胞功能或恶性疾病生物标记的大分子.光纤及其相关技术的发展极大的拓展了这些生物传感器的应用能力.1成像光纤已广泛用于多种成像模式.其中在医学上最早的应用是利用内窥镜进行身体内部结构的观察.Lamm曾尝试利用一束未包层的玻璃光纤束来传输图像.AbrahamvanHeel1954年发明的/包层0技术,使光纤成像取得了重大的突破.以该技术为基础的光纤芯层和包层的折射系数不同,成像效果优于早期的以玻璃-空气内反射为基础的光纤成像技术[3].目前,弹性内窥镜是进行呼吸道、消化道和尿道恶性病变和炎症诊断的重要手段.也是进行微创手术操作的重要部分[4].利用激发辐射(EM)可以对组织和器官进行成像,而光纤是一种简便的技术方法.通过光纤可以将辐射传输到成像部位,并从成像部位采集辐射.紫外光和近红外辐射在生物组织中的传输比较复杂,具有多元散射效应和光程非线性现象...